科學家們創造出一種神秘材料，似乎在高達約 15°C 的溫度下可以無電阻地導電。這對於超導性來說是一個新的記錄，這種現象通常與非常低的溫度有關。這種材料本身還不太清楚，但它顯示了 2015 年發現的一類超導體 的潛力。
然而，這種超導體有一個嚴重的侷限性：它只能在極高的壓力下存在，接近地球中心壓力，這意味著它不會有任何直接的實際應用。儘管如此，物理學家們希望它可以為開發在較低壓力下也能工作的零電阻材料鋪平道路。
超導體有許多技術應用，從磁共振成像儀到行動電話基站，研究人員也開始在風力渦輪機的高效能發電機中試驗它們。但它們的實用性仍然受到笨重低溫技術的限制。常見的超導體在常壓下工作，但前提是它們必須保持非常低的溫度。即使是最先進的超導體——銅氧化物基陶瓷材料——也只能在 133 開爾文（−140°C）以下工作。在室溫下工作的超導體可能會產生巨大的技術影響，例如在執行速度更快且不會過熱的電子產品中。
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最新研究於 10 月 14 日發表在《自然》雜誌上，似乎提供了高溫導電性的令人信服的證據，德國美因茨馬克斯·普朗克化學研究所的物理學家米哈伊爾·埃雷梅茨說——儘管他補充說，他希望看到更多來自實驗的“原始資料”。他補充說，這證明了他從 2015 年開始的一系列工作的正確性，當時他的小組報告了首個高壓、高溫超導體——一種氫和硫的化合物，其電阻在高達 −70°C 的溫度下為零。
2018 年，氫和鑭的高壓化合物被證明 在 −13°C 時具有超導性。但最新的結果標誌著首次在由三種元素而不是兩種元素組成的化合物中觀察到這種超導性——該材料由碳、硫和氫製成。研究合著者、拉斯維加斯內華達大學的物理學家阿什坎·薩拉馬特說，新增第三種元素大大拓寬了未來尋找新型超導體的實驗中可以包含的組合。“我們已經開闢了一個全新的探索領域，”他說。
伊利諾伊州萊蒙特阿貢國家實驗室的高壓材料科學家 Maddury Somayazulu 說，在高壓但非極端壓力下超導的材料可能已經可以投入使用。該研究表明，透過“明智地選擇超導體中的第三和第四種元素”，原則上可以降低其工作壓力。
這項工作還驗證了紐約州伊薩卡康奈爾大學的理論物理學家尼爾·阿什克羅夫特數十年前的預測，即富氫材料可能在遠高於先前認為的溫度下超導。“我認為在高壓社群之外，很少有人認真對待他，”Somayazulu 說。
神秘材料
紐約州羅切斯特大學的物理學家蘭加·迪亞斯與薩拉馬特和其他合作者一起，將碳、氫和硫的混合物放置在他們用兩顆鑽石尖端之間雕刻出的微觀凹槽中。然後，他們用雷射在樣品中引發化學反應，並觀察晶體的形成。當他們降低實驗溫度時，透過材料的電流電阻降至零，表明樣品已變為超導。然後，他們增加壓力，發現這種轉變發生在越來越高的溫度下。他們的最佳結果是在 267 吉帕斯卡（海平面大氣壓的 260 萬倍）下的轉變溫度為 287.7 開爾文。
研究人員還發現了一些證據，表明晶體在轉變溫度下排斥了磁場，這是超導性的關鍵測試。但研究人員警告說，關於這種材料的許多方面仍然未知。“有很多事情要做，”埃雷梅茨說。即使是晶體的確切結構和化學式也尚未被理解。“當你提高壓力時，樣品尺寸會變小，”薩拉馬特說。“這就是使這些型別的測量真正具有挑戰性的原因。”
由氫和另一種元素組成的高壓超導體已被很好地理解。紐約州立大學布法羅分校的計算化學家伊娃·祖雷克說，研究人員已經對碳、氫和硫的高壓混合物進行了計算機模擬。但她說，這些研究無法解釋迪亞斯小組看到的異常高的超導溫度。“我確信，在這篇手稿發表後，許多理論和實驗小組將投入到這個問題中，”她說。
本文經許可轉載，並於 2020 年 10 月 14 日首次發表。